我々は、模式図のためにマヤとエリック·モンソンのVirtoolsの3次元の世界を作るに彼女の仕事のためホルトントンプソンに感謝。研究はKSLにNCH、とNIDAにF32 ​​MH078471 RO1 DA027802ポスドクNIHによって部分的に後援した。 DIVEは、NSF BCS - 0420632によって賄われていた。

A.刺激とタスク設計 1。一般的なデザイン。 我々は、2日間で恐怖の取得と記憶の保持に文脈の影響を検討した。この設計では、長期記憶の形成3と治療と再暴露の経験から時間的距離で学習された恐怖の中で実世界の偶発事象の神経生物学的統合プロセスのための口座その齧歯類の研究と並行してあります。動的な条件刺激（CS）（移動ヘビやクモが）デュークの没入型仮想環境（ダイブ）として知られ、完全に没入型仮想環境に遭遇した、と条件付きで電気手首の刺激の提示と対になっていた。差動の恐怖条件付けの手順は、恐怖の依存尺度として皮膚コンダクタンス反応（SCR）を使用して採用した。ここでは、条件性恐怖と26人の健康な男性と女性の参加者は、デューク大学の18〜30歳、古い時代のダイビングの二日間にわたってテストされ、その後の記憶保持を示しています。このプロトコルは、デューク大学のIRBの基準に準拠して承認されました。 2。参加者はダイビングに設定する。 DIVEは完全密閉型、六面、3メートル× 3mの× 3mの、バック投影バーチャルリアリティ（VR）環境です。 DIVEは、デューク大学の学際工学、医学および応用科学センターで特別に作られた30フィート立方体（コントロールルーム（VisRoom）、図1）に位置しています。上記のようなDIVEにおける恐怖条件付けを行った。 参加者は、頭が3 - Dメガネを追跡して前方に直面しているダイビングの中心に座っていた。参加者は、仮想ヘビやクモが検出された各学習フェーズにおいて、指定された環境を介して固定された&quot;バーチャル散歩で撮影されています。これらの姿勢の制約が、高さの変動のためのアカウントをめまいを防ぐために行われた、との間の文脈と刺激暴露量の制御参加者、そして視覚的な表示が現実的なシナリオを通して、参加者の動きに従って、更新されたことを確認する。 3。差別コンディショニング手順。 差別の手続きが採用され、その内の1つの視覚的なCSのプレゼンテーションは、共同終端電気刺激、アクイジションフェーズ中に、無条件刺激（米国）で（40％の強化率）部分的に補強です。恐怖買収仮想ヘビにまたは仮想スパイダーへ：参加者は、2つの条件のいずれかに割り当てられていた。米国と対に強化刺激は、と呼ばれている&quot;CS +一方、他の視覚的な刺激&quot;CS -&quot;コントロールとして明示的にペアになっていないです。CS +とCSが - された無作為に割り当てられ、グループ間で相殺。 4。条件刺激。 刺激は個々に4秒の期間中、ダイビングのフロントスクリーンの中央と中央に表示される動的なヘビやクモだった。この環境で小説刺激（ガラガラまたは叩く音、それぞれ）の存在する参加者を警告するためにヘビやクモの外観をシグナリング聴覚刺激との共同が発生しました。ヘビの広告のスパイダーと一緒に仮想シーンは、Mayaアニメーションソフトウェアを使用して作成し、ダイビングで見るためのVirtoolsのソフトウェア（Virtool SA、行動社、パリ、フランス）にインポートされました。 5。無条件刺激。 電気刺激は、グループの比較を容易にし、グループ4、5間の全体的な覚醒のレベル差の交絡の影響を排除するために、各被験者の許容範囲のレベルに応じて実験を開始する前に調整した。刺激のレベルは上昇階段の手順を使用して、&quot;非常に迷惑なだけ苦痛ではないの自分の認識が各参加者によって選ばれた。電圧は、参加者が示されるまで、最初に30 Vの低レベルで設定し、5 V刻みで増加したこと、その許容範囲のレベルは、痛みを誘発することなく到達していた刺激（30-50 Hzで配信さ200ミリ秒の持続時間）はバイポーラの表面刺激電極（21 mmの電極間隔によって参加者の支配的な手首の正中神経を介して経皮投与した。グラス- TelefactorモデルFE 10S2、ウェストワーウィ​​ック、ロードアイランド）。電極のリード線は、ゴムのストラップで固定したとシールドや高周波フィルタを介して接地された同軸ケーブルのリード線を経由してグラス- Telefactor SD - 9刺激に添付された。生理食塩水ベースのゲル（シグマジェル：パーカー研究所、フェアフィールド、ニュージャージー州）（図2を参照）電解質導電体として使用された参加者はすべてのパルスが同じ強度で配信されるだろうと言われた。。 6。トレーニングフェーズ。 ここで説明する実験は、24時間の遅延を持つ2つのセッションで行われた。ファー中にtのセッションは、最初の馴化期間は3 - Dフルイマージョンの背景が灰色で表示が強化またはトレーニングまたはテストが発生した仮想世界なしで示される各CSのタイプの4試験から成っていた。このフェーズは、ダイブと条件刺激に対する応答を向けるの減少で、実験環境への順化のために使用できます。すぐに馴化フェーズの後に、恐怖のアクイジションフェーズは16で構成され、各CSの種類の試験を混ぜ、これにCS -は単独で提示し、16 CS +試験が補強されている5の。約24時間後、メモリの保持と絶滅の訓練のためのテストが発生しました。このフェーズでは、どちらかと同じか、恐怖の取得状況（参加者全体で相殺）と異なっていた仮想コンテキストでは、ない米国で、各CSのタイプの16試験から成っていた。一つのコンテキストには、屋内環境（家具付きアパートを、コンテキストの内部）と、他のコンテキストは、屋外環境（近所のシーン、コンテキストB）であった。被験者は無作為に1日目と2で、コンテキストプレゼンテーションの順番を決定する実験群に割り付けられた。彼らは、同じコンテキストの状態（AAまたはBB）またはコンテキストのシフト状態（ABまたはBA）に割り当てられていた。異なる環境内のオブジェクト/刺激の数と配置がそうであったようにパスの長さとコースは、仮想世界間の整合性を一致していた。 7。実験的なパラメータ。 期日間の間隔は14 ± 2秒であった。 CSSのシーケンスは、同じCSの3回以上の試験では（状態不安と認知余命の交絡帰納法を避けるために）連続して発生することが制約に従う擬似乱数、だ。 CS +の部分的な補強（40％）通常は100％CS +補強6,7以下の人間の参加者で発生する急激な絶滅を遅らせるために使用されていました。さらに、部分的な補強は、嫌悪のイベントが常に恐れていた刺激は、次が発生しない程度に、より現実的なコンディショニングの不測の事態が用意されています。 8。タスクの説明。 それらは、固定経路に沿って仮想徒歩で環境によって導かれる;彼らは、仮想環境でのアニメーションヘビやクモに遭遇するだろうと彼らはに電気刺激を受け取ることがあります：各実験段階に先立って、参加者は、次のような設計上の特徴について通知された試験期間を通じていつでも前のコンディショニングに設定されていたレベルで手首。彼らはまっすぐに直面していると、フロントスクリーンの中央に表示されるヘビやクモの画像に出席するように指示し、彼らが世界的または電気的な刺激の発生を通して、自分の動き以上の任意のコントロールを持っていなかったことを思い知らされました。彼らはまた、彼らは彼らにペナルティなしでいつでも勉強を終了できることを知らされた。 B.精神生理学的測定 1。データ収集。 SCRは、以前は次の4,6を説明されているように、恐怖の依存測定として使用した。 SCRは、精神生理学的モニタリングシステム（モンテシステム、サンタバーバラ、カリフォルニア州）を経由して記録した。 SCRは、非利き手の1stと2ndの数字の真ん中のphalanxの複数形にマジックテープで取り付けられた銀 - 塩化銀電極のディスクからモニターした。生理食塩水ベースのゲル（シグマジェル）は導電性電解質として使用されていました。被験者はまだSCRの記録電極で運動アーチファクトを避けるために、彼らの手を維持するように指示された。リードは、単に制御室のダイビングの外に置かれているBIOPAC生理的記録システムに達した。 BIOPACシステムは、Virtoolsのソフトウェアを実行する刺激提示のコンピュータと同期。図1は、コンテキストAに浸漬DIVEの参加者、制御用コンピュータ（Virtoolsのとスクリプトの生成）の設定の技術が、BIOPAC（SCR）、および電気刺激装置を図2に示されているを示しています。 皮膚コンダクタンスは、200Hzでサンプリングし増幅、およびAcqKnowledgeソフトウェアを（モンテシステム、サンタバーバラ、カリフォルニア州）を使用してオフラインで分析の​​ために格納されていました。 Virtoolsのソフトウェアは、刺激提示を制御し、ナショナルインスツルメンツDIO - 24データ集録カード（オースティン、テキサス州）を経由して衝撃波発生をトリガします。記録された波形はローパスBlackmanウィンドウ（カットオフ周波数= 31 Hz）を使用してフィルタリングと3連続したデータ点上の平滑化される。皮膚コンダクタンス反応の振幅は、それぞれ4-6、エアコンと無条件恐怖の依存尺度を導出するために、事前刺激ベースラインに各CSと米国の相対的の発症に8時間ロックされました。データ解析に含めるために、次の基準が確立されました：レイテンシ= 1 - 4秒、持続時間= 0.5〜5秒、および最小振幅= 0.02マイクロシーメンス（μS）。これらの基準を満たしていない応答がゼロと記録されています。 2。 AnalysSCRのです。 SCRデータは一般的にゼロに向かって偏っているため、データは平方根は、正規分布を達成する前に、統計分析に形質転換した。学習は通常、それぞれの学習段階の中で時間によってまちまちであるため、各CSのタイプ（仮想ヘビやクモ）からのデータは、各段階の&quot;早期&quot;と&quot;後期&quot;裁判のブロックに縮小された。分散（ANOVA）の反復測定の分析は、（後期取得（CS +、CS -）、早期または後期絶滅（CS +、CSの被験者変数内としてフェーズとCSの種類を学習の機能としてエアコン皮膚コンダクタンス反応の群間の差を計算するために使用された - ）とコンテキストの割り当て（同じまたはShift）被験者間変数などのデータは個々のばらつきを考慮して手首の刺激への各参加者自身の最大の米国の対応（任意の裁判上）で各試行でエアコンの応答値を割ることにより正規化された。非応答者を除外するために応答との（ほとんど、あるいは全くSCRを示す個体は）。図3差動SCRスコアのデータの可視化のための試験ブロック間でCS -からCSのもの+への応答を差し引くことによって学習の指標として算出した。ゼロ上記相違点のスコアが恐怖反応の学習を反映するのに対し、この対策によると、ゼロの違いのスコアは、何の学習を反映していない。図3に示すように、しかし、統計的にスチューデントt -検定をするためにSCR値で計算された文脈恐怖の保持を決定するCS +とCS -におけるコンテキストの操作（の間に、グループの分析と同じコンテキスト対コンテキストのシフト）の関数として2日目に初期の絶滅。 C.ハードウェアシステムの説明デューク大学のダイビングシステムは、投影されたバーチャルリアリティ&quot;CAVE&quot;デザイン9に基づいています。 DIVEシステムは、すべて6&quot;壁&quot;（4の壁、天井と床が）リアプロジェクションによる立体、コンピューターの画像を表示3 MX 3 MX 3 mのお部屋です。それぞれの壁には、順番に、専用のレンダリングのコンピュータ（のNVIDIA Quadro 3000FX - Gのグラフィックカードを搭載したWindows XPのデュアルコア2.0 GHz以上）によって制御されるDLPプロジェクター（クリスティデジタルミラージュS +2 K、1056x1056 @ 110 Hzの10で動作）があります。一つの壁はダイビングのアクセス出入りを可能にするオープンスライド。 6レンダリングコンピュータは、（Intersenseは、IS - 900 11）トラッキングシステムと通信するマスタコンピュータによって制御サウンドシステムを制御し、電気ショックシステムにパラレルポートを介してパルスを送信している。トラッキングシステムは、参加者の頭と手の位置のための3次元位置と向きの情報を提供します。アクティブなステレオビジョンは、液晶シャッターメガネ（CrystalEyes 3 12）を介して提供されます。 7台（6レンダーコンピュータとマスタコンピュータ）はnVidiaのグラフィックカードのゲンロック（Gシンク）機能を介して画像フレームの境界で同期されます。 D.ソフトウェアの説明この実験のための恐怖条件付けと保持テストのコンテキストでは、参加者はガイドツアーで撮影されているを介して2つの異なる仮想世界で構成されています。仮想世界はマヤ13の3Dモデリングパッケージを使用してモデル化した。ナビゲーションは、すべての仮想世界で同一の固定パスに制限されています。このパスに沿った動きは、Virtoolsの14ソフトウェアのシステムを介して制御されます。 Virtoolsは、デスクトップまたはWebベースの経験のために主に設計されたゲームエンジンです。 VirtoolsのVRPack拡張を介して、仮想世界がダイブで投影されます。 Virtoolsはバーチャルリアリティ周辺機器ネットワーク（VRPN 15）、オープンソースのライブラリを介して追跡システムと通信します。 VRPNは、参加者の頭と手の位置や向きだけでなく、ボタンの押下情報を登録します。 Virtoolsは参加者のために正しい視点で3Dシーンをレンダリングするためにヘッドトラッキング情報を使用しています。 <img src="/files/ftp_upload/1993/1993fig1.jpg" alt="図1" /> 図1。制御室（VisRoom）とバーチャルシーンを表示して人間の参加者と一緒にダイビングの立方体の概略図。 <img src="/files/ftp_upload/1993/1993fig2.jpg" alt="図2" /> 図2。刺激への強壮剤と相動応答を測定する左手の皮膚コンダクタンス電極を有する参加者の図。電気刺激装置の電極は、右手首にあります。 BIOPACは、ラップトップコンピュータ上でソフトウェアを肯定応答を介して生理的データを収集します。コー​​ドは、VirtoolsのソフトウェアがDIVEに投影バーチャルリアリティのスクリプトを生成する、デスクトップコンピュータからOSC経由で送信されます。 <img src="/files/ftp_upload/1993/1993fig3.jpg" alt="図3" /> 図3。 DIVEと研究室で恐怖の取得と絶滅の比較。差動の皮膚伝導反応（SCR）+ / - SEM労働にエアコンと24時間後に再テストの参加者のatoryやバーチャルリアリティ（ダイブ）。グラフィックはダイビングや実験室での研究の参加者で同等の恐怖を取得し、絶滅を示しています。同じコンテキスト（N = 12）DIVE利回りの2日目にテストダイブの参加者ではなく、我々の研究室の参加者のCS +にSCRによって測定されたシフトコンテキスト（N = 14）、相対より堅牢な恐怖記憶の保持、* P = 0.05 。

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利害の衝突は宣言されません。

1。結果グループ間で恐怖の取得と消滅が判明した（図3） - セッション内で同等。これらのデータは信頼性と有益な恐怖条件付け試験は完全に没入型環境の制約と能力の範囲内で実行できることを示している。さらに我々はまた、DIVE（コンテキストのシフトを経験した人からの相対日数1と2は同じコンテキスト、に残った参加者）で、同じコンテキストの恐怖の保持の参加者で堅牢な文脈恐怖記憶を示しています。恐怖の保持は、（図3を参照）パラダイム16マッチした従来の実験で観察されるよりDIVEに強いです。没入型VRの設定を使うと、1つはまた現実的なmultimodelコンテキストの操作が実現することは困難な実験室の設定とは異なり、ヒトでの宣言的記憶過程を調べるために豊富なコンテキストの環境を調べたり操作することができます。最後に、VRの世界を簡単に恐怖の買収、絶滅、そして再発の符号化や検索時に脳の活性化の解析を行うために立体VRのゴーグルを使用して機能的磁気共鳴画像（fMRI）と組み合わせて使用​​するために移植することができます。この方法論は、ブリッジの齧歯類と恐怖と不安の臨床所見に利用することができます。 2。バーチャルリアリティの文脈と刺激の露出を制御する。 実験的な使用のためにVRを活用すると大きな問題はその強さです。具体的には、完全に没入型VRは複雑、混乱させる、そして現実の世界の自由を提供します。例えば、実際の生活の中で、トラウマの犠牲者は時間の未知の量のためのコンテキストで嫌悪刺激を経験する。出席されたコンテキストの暴露、特定の機能や他の感覚入力は、未知の、または確認できるではありません。我々は参加者が自由に仮想環境を探索できるようにした場合、同じトークンによって、我々はコンテキストまたは刺激露光時間や期間を考慮することができないだろう。例えば、ある参加者は非常に速く歩くこと、および4 CS +プレゼンテーションのうち3つのミス。もう一つは、仮想アパートの1室のみを探索することがあります。同様に、刺激提示が画面の中央に指定されていない場合、視線は、起動前に指示されている場所、参加者は、CSのプレゼンテーションを回避するか欠場する。これらの潜在的な混乱させるに当社のソリューションは、特定の刺激間隔（ISI）と刺激の持続時間のためにできるような速度でそれぞれの環境の着席、ガイドツアーに参加者を取ることでした。我々は、すべての参加者間の特定の時点や特定の場所（例えば、CS +、米国、およびCS -刺激に対する応答）から同等のSCRのデータを抽出することもできます。この決定を行った後に遭遇する困難は、パスの形状、長さ、および参加者に吐き気や固有受容不協和音を引き起こし、そしてまだ小説環境を通じて自然な歩行を模倣するための適切な感じはない動きの速度を見つける含まれています。 3。 VRシステムに標準の恐怖条件付けのパラメータを実装。 現実的な条件刺激のヘビやクモをシミュレートするために、野生の生命の画像の後に設計されています。ヘビやクモが最初に、Mayaでコンピュータグラフィックス、3Dモデリングおよびアニメーションソフトウェアパッケージをモデル化し、VRシステムにインポートされました。 Virtools社は、仮想現実のオーサリングシステムではなく、モデリングアプリケーションであるため、我々はこれをした。したがって、最高のVRシステムを実行し、シーンに相互作用し、ナビゲーションを追加するために使用されます。具体的には、Mayaで各CSのタイプ4種類のアニメーションが作られ（例えば、コイル状のヘビ、床を渡って動作蜘蛛、口をポカンと開けて前方に蛇の突進）してから、Virtoolsのインポート。 MayaからVirtools社に動的なヘビやクモのモデルをインポートする前に、パスが恐怖に32条件刺激のプレゼンテーションの過程で環境のサンプリングを可能にするように滑らかな循環方式で環境周りの参加者を案内するVirtools社で作成されましたコンディショニング。パスの形状は、3つの仮想世界のそれぞれについて、同じです。パスは、各刺激提示のための4秒のために停止するために作成された、刺激間隔が11歳+ / - 対象者が徐々に環境を介して（案内されて）移動した時に4秒。それは刺激のプレゼンテーションの間に皮膚コンダクタンス反応の回復が可能なため、この間隔は、実験室、8、16で私たちの前の恐怖の条件づけ実験から決定された。刺激は、タイミングパラメータで指定されたポイントでパス上に配置された。このセットアップでは、特定の刺激とその後の明示的なメモリをプローブすることができるコンテキストの接続詞（例えば、ダイニングテーブル、ソファの脚の周りに歩いて蜘蛛にslitheringヘビ）、作成。刺激の出現は、スクリプトを介して疑似無作為に割り付けられた。すべての刺激のプレゼンテーションは、の真ん中に登場刺激のために検索することから参加者を防ぐためにフロントスクリーン。これは刺激の露光時間の制御された量、および定義されたコンテキストの場所を提供してくれました。フォワードビューのいずれかの制限は、没入型システム（例えば、ヘビは参加者の後ろから部屋に入ることができない）のフル機能を活用していないことです。ヘビやクモが参加者の個人的な空間によって侵入したことがないよう、また、刺激は慎重に、参加者の場所の周りに境界ボックスの外側に配置された。 4。ポイントとヘッドトラッキングを見る。 ダイビングの角度は、座った位置からの参加者が正しい前方を向いた角度を持っていたように設定した。これは、参加者の間で高さの変動を制御し、そして私たちの生理的なレコーディングに動きのアーチファクトを最小限に抑える。参加者が前方に直面し、できるだけ少ない移動するように指示され、これはまた、参加者が探していた場所の​​ために制御され、したがって、一貫性のある刺激と参加者の間でコンテキストの露出を維持した。我々は、彼らが正しい視点でシーンを表示していた保証するために、参加者が着用している3Dゴーグルでヘッドトラッキングデバイスをオンにすることを選んだ。ヘッドトラッキングがのために選出されていない場合、左または右にヘッドの移動が正しくオブジェクト（例えば、オブジェクトが歩いた参加者としてDIVEの画面上で曲がって表示される）の世界に現れたか塞いではない。のために選出された頭部の追跡で、我々は環境の機能が通常の比率を保持し、実験期間中にダイブの6枚の壁のそれぞれで正しく描画されていることを確認してください可能性があります。 5。データ収集。 恐怖条件付け8の私達の標準的な実験のバージョンでは、16個の刺激提示は、プレゼンテーションのソフトウェアパッケージでプログラムされたコンピュータのスクリプトによって制御されていました。ラボと仮想環境間の一貫性を維持するために、我々は（図1を参照）DIVEのキューブをホストしている制御室で制御用コンピュータへのコードの形式で私たちの標準的な恐怖の取得と絶滅のスクリプトをインポートする。パラレルポートのコードは、ヘビ、クモ、および電気刺激のオンセットのプレゼンテーションなどの個別のイベントを、通知する数値コードの生成されたリストを送信するように設定されていました。私たちの設計では、Virtoolsはパラレルポートの値を設定するカスタムC + +プログラムにオープンサウンドコントロールメッセージ（OSC 17）OSC / UDPメッセージを送信します。私たちのC + +プログラムはOSCpack 18ライブラリを使用しています。 BIOPACのデジタル入力は、コンピュータのパラレルポートに接続されています。 SCRデータは、正規化、パラレルポート経由でBIOPACからラップトップコンピュータ上で収集し、特定のパラメータ（詳細は上記参照）内に、CS + / CS -及び米国オンセットに計算されます。シーンをレンダリングし、ナビゲーションの制御に加えて、Virtools社はまた、ユーザイベント（ボタンの押下）をログに記録するために使用されます。要約すると、実験中に、メッセージはパラレルポートを介してBIOPACシステムにマスタコンピュータから送信されます。 Virtoolsは、直接コンピュータのパラレルポートと通信できないため、小規模なC + +プログラムはVirtoolsからOSCメッセージをリスンし、パラレルポートに送信します。

Erratum: Human Fear Conditioning Conducted in Full Immersion 3-Dimensional Virtual Reality

human fear conditioning conducted in full immersion 3-dimensional virtual reality

恐怖条件付けは恐怖と不安の根底にある神経機構を調査する非ヒト動物の研究で広く使用されているパラダイムである。ヒトにおけるコンディショニングの研究を行う際の大きな課題は、強く条件情動行動に関連付けられている環境のコンテキストを操作したり、シミュレートする機能です。この点では、バーチャルリアリティ（VR）技術は、有望なツールです。まだ、実験的な制約を満たすために、この技術を適応させる特別な対応が必要になります。ここでは、完全に没入型6面VR環境と現在の恐怖条件付けのデータに恐怖条件付けを行う際に関係する方法論的問題に対処する。 現実の世界では、外傷性のイベントでは、我々の感覚モダリティのすべてを魅力的な、多くの手がかりで構成される複雑な環境で発生する。例えば、環境設定を形成する手がかりが視覚的な要素だけでなくが含まれていますが、聴覚、嗅覚、さらには触覚。恐怖条件付け動物の齧歯類の研究では完全に小説の視覚、触覚や嗅覚手がかりと豊富なコンテキストに浸漬されています。しかし、人間の恐怖条件付けの標準的な臨床検査は、通常、フラットまたは2次元のコンピュータ画面の前で何の変哲もない部屋で行われており、現実世界の経験の複雑さを複製しません。一方、（消火）恐怖を軽減し、不安障害の再発防止を目的とした臨床試験の主な制限は、参加者が制御されていないとほとんど知られていないコンテキストで恐怖を取得した後にその治療が発生です。したがって、実験者は、環境1の曝露期間、刺激の真の性質、および関連するバックグラウンドのキューに関する情報がなく、放置されています。この情報がない場合にはそれが本当にキューおよびコンテキスト依存の両方である恐怖を消すために困難になる可能性があります。仮想現実環境では、現実世界の複雑さを提供することにより、これらの問題に対処すると同時に、実験者がより良い治療の選択肢と/を提案したり、機構仮説を分析することができます実証的データを得るために恐怖条件付けと絶滅のパラメータを制約することができます。 完全に没入型環境で実施するときに恐怖条件付けが豊かにエンコードして、コンテキスト固有の可能性がありますという仮説をテストするために、我々は、異なるバーチャルリアリティ、3次元の参加者が仮想ヘビやクモに恐怖条件付けを経験しているコンテキストを開発した。聴覚信号は、さらに配向させる反応と被験者2の&quot;プレゼンス&quot;の感覚を喚起するために、CSと同じ場所に発生。皮膚コンダクタンス反応は、恐怖の取得、メモリの保持と絶滅の依存尺度として役立った。

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Human Fear Conditioning Conducted in Full Immersion 3-Dimensional Virtual Reality

古典的な恐怖条件付けパラダイムが完全に没入型バーチャルリアリティ設定で人間の参加者のために適応されました。差別のパラダイムを使用して、条件性恐怖、キューと、コンテキストメモリの保持、および絶滅は2つの独立した仮想コンテキストの動的な仮想ヘビやクモ（条件刺激）に皮膚伝導反応を用いて測定した。

フルイマージョン3次元バーチャルリアリティのに対して、ヒト恐怖条件付け

Fear conditioning is a widely used paradigm in non-human animal research to investigate the neural mechanisms underlying fear and anxiety. A major ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

20.8K ビュー.  Duke University. 古典的な恐怖条件付けパラダイムが完全に没入型バーチャルリアリティ設定で人間の参加者のために適応されました。差別のパラダイムを使用して、条件性恐怖、キューと、コンテキストメモリの保持、および絶滅は2つの独立した仮想コンテキストの動的な仮想ヘビやクモ（条件刺激）に皮膚伝導反応を用いて測定した。

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Contextual and Cued Fear Conditioning Test Using a Video Analyzing System in Mice

The contextual and cued fear conditioning test is one of the behavioral tests that assesses the ability of mice to learn and remember an association between environmental cues and aversive experiences. In this test, mice are placed into a conditioning chamber and are given parings of a conditioned stimulus (an auditory cue) and an aversive unconditioned stimulus (an electric footshock). After a delay time, the mice are exposed to the same conditioning chamber and a differently shaped chamber with presentation of the auditory cue. Freezing behavior during the test is measured as an index of fear memory. To analyze the behavior automatically, we have developed a video analyzing system using the ImageFZ application software program, which is available as a free download at http://www.mouse-phenotype.org/. Here, to show the details of our protocol, we demonstrate our procedure for the contextual and cued fear conditioning test in C57BL/6J mice using the ImageFZ system. In addition, we validated our protocol and the video analyzing system performance by comparing freezing time measured by the ImageFZ system or a photobeam-based computer measurement system with that scored by a human observer. As shown in our representative results, the data obtained by ImageFZ were similar to those analyzed by a human observer, indicating that the behavioral analysis using the ImageFZ system is highly reliable. The present movie article provides detailed information regarding the test procedures and will promote understanding of the experimental situation.

This article presents a protocol for a contextual and cued fear conditioning test using a video analyzing system to assess fear learning and memory in mice.

マウスにおけるビデオ解析システムを用いた文脈と手掛り恐怖条件付け試験

The contextual and cued fear conditioning test is one of the behavioral tests that assesses the ability of mice to learn and remember an association ...

行動学

Investigating the Neural Mechanisms of Aware and Unaware Fear Memory with fMRI

Pavlovian fear conditioning is often used in combination with functional magnetic resonance imaging (fMRI) in humans to investigate the neural substrates of associative learning 1-5. In these studies, it is important to provide behavioral evidence of conditioning to verify that differences in brain activity are learning-related and correlated with human behavior. 
Fear conditioning studies often monitor autonomic responses (e.g. skin conductance response; SCR) as an index of learning and memory 6-8. In addition, other behavioral measures can provide valuable information about the learning process and/or other cognitive functions that influence conditioning. For example, the impact unconditioned stimulus (UCS) expectancies have on the expression of the conditioned response (CR) and unconditioned response (UCR) has been a topic of interest in several recent studies 9-14. SCR and UCS expectancy measures have recently been used in conjunction with fMRI to investigate the neural substrates of aware and unaware fear learning and memory processes 15. Although these cognitive processes can be evaluated to some degree following the conditioning session, post-conditioning assessments cannot measure expectations on a trial-to-trial basis and are susceptible to interference and forgetting, as well as other factors that may distort results 16,17 .
Monitoring autonomic and behavioral responses simultaneously with fMRI provides a mechanism by which the neural substrates that mediate complex relationships between cognitive processes and behavioral/autonomic responses can be assessed. However, monitoring autonomic and behavioral responses in the MRI environment poses a number of practical problems. Specifically, 1) standard behavioral and physiological monitoring equipment is constructed of ferrous material that cannot be safely used near the MRI scanner, 2) when this equipment is placed outside of the MRI scanning chamber, the cables projecting to the subject can carry RF noise that produces artifacts in brain images, 3) artifacts can be produced within the skin conductance signal by switching gradients during scanning, 4) the fMRI signal produced by the motor demands of behavioral responses may need to be distinguished from activity related to the cognitive processes of interest. Each of these issues can be resolved with modifications to the setup of physiological monitoring equipment and additional data analysis procedures. Here we present a methodology to simultaneously monitor autonomic and behavioral responses during fMRI, and demonstrate the use of these methods to investigate aware and unaware memory processes during fear conditioning.

A methodology to investigate the neural mechanisms that support aware and unaware memory processes during fear conditioning is described. This method monitors blood oxygen level dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging, skin conductance response, and unconditioned stimulus expectancy during Pavlovian fear conditioning to assess the neural correlates of distinct memory processes.

fMRIの持つ認識と非認識恐怖記憶の神経機構を調査する

Pavlovian fear conditioning is often used in combination with functional magnetic resonance imaging (fMRI) in humans to investigate the neural substrates ...

神経科学

Extinction Training During the Reconsolidation Window Prevents Recovery of Fear

Fear is maladaptive when it persists long after circumstances have become safe. It is therefore crucial to develop an approach that persistently prevents the return of fear. Pavlovian fear-conditioning paradigms are commonly employed to create a controlled, novel fear association in the laboratory. After pairing an innocuous stimulus (conditioned stimulus, CS) with an aversive outcome (unconditioned stimulus, US) we can elicit a fear response (conditioned response, or CR) by presenting just the stimulus alone1,2 . Once fear is acquired, it can be diminished using extinction training, whereby the conditioned stimulus is repeatedly presented without the aversive outcome until fear is no longer expressed3. This inhibitory learning creates a new, safe representation for the CS, which competes for expression with the original fear memory4. Although extinction is effective at inhibiting fear, it is not permanent. Fear can spontaneously recover with the passage of time. Exposure to stress or returning to the context of initial learning can also cause fear to resurface3,4.
Our protocol addresses the transient nature of extinction by targeting the reconsolidation window to modify emotional memory in a more permanent manner. Ample evidence suggests that reactivating a consolidated memory returns it to a labile state, during which the memory is again susceptible to interference5-9. This window of opportunity appears to open shortly after reactivation and close approximately 6hrs later5,11,16, although this may vary depending on the strength and age of the memory15. By allowing new information to incorporate into the original memory trace, this memory may be updated as it reconsolidates10,11. Studies involving non-human animals have successfully blocked the expression of fear memory by introducing pharmacological manipulations within the reconsolidation window, however, most agents used are either toxic to humans or show equivocal effects when used in human studies12-14. Our protocol addresses these challenges by offering an effective, yet non-invasive, behavioral manipulation that is safe for humans.
By prompting fear memory retrieval prior to extinction, we essentially trigger the reconsolidation process, allowing new safety information (i.e., extinction) to be incorporated while the fear memory is still susceptible to interference. A recent study employing this behavioral manipulation in rats has successfully blocked fear memory using these temporal parameters11. Additional studies in humans have demonstrated that introducing new information after the retrieval of previously consolidated motor16, episodic17, or declarative18 memories leads to interference with the original memory trace14. We outline below a novel protocol used to block fear recovery in humans.

Conditioned fear can be diminished through an inhibitory process called extinction, but can resurface under conditions such as the passage of time or exposure to stress. Our protocol presents a novel way of preventing fear recovery by introducing extinction during the reconsolidation window (the re-storage phase of a reactivated memory).

再固定ウィンドウの間に絶滅の訓練は恐怖の回復を防ぎ

Fear is maladaptive when it persists long after circumstances have become safe. It is therefore crucial to develop an approach that persistently prevents ...

Virtual Reality Experiments with Physiological Measures

Virtual reality (VR) experiments are increasingly employed because of their internal and external validity compared to real-world observation and laboratory experiments, respectively. VR is especially useful for geographic visualizations and investigations of spatial behavior. In spatial behavior research, VR provides a platform for studying the relationship between navigation and physiological measures (e.g., skin conductance, heart rate, blood pressure). Specifically, physiological measures allow researchers to address novel questions and constrain previous theories of spatial abilities, strategies, and performance. For example, individual differences in navigation performance may be explained by the extent to which changes in arousal mediate the effects of task difficulty. However, the complexities in the design and implementation of VR experiments can distract experimenters from their primary research goals and introduce irregularities in data collection and analysis. To address these challenges, the Experiments in Virtual Environments (EVE) framework includes standardized modules such as participant training with the control interface, data collection using questionnaires, the synchronization of physiological measurements, and data storage. EVE also provides the necessary infrastructure for data management, visualization, and evaluation. The present paper describes a protocol that employs the EVE framework to conduct navigation experiments in VR with physiological sensors. The protocol lists the steps necessary for recruiting participants, attaching the physiological sensors, administering the experiment using EVE, and assessing the collected data with EVE evaluation tools. Overall, this protocol will facilitate future research by streamlining the design and implementation of VR experiments with physiological sensors.

Virtual reality (VR) experiments can be difficult to implement and require meticulous planning. This protocol describes a method for the design and implementation of VR experiments that collect physiological data from human participants. The Experiments in Virtual Environments (EVE) framework is employed to accelerate this process.

仮想現実実験生理学的対策

Virtual reality (VR) experiments are increasingly employed because of their internal and external validity compared to real-world observation and ...

Integrating Visual Psychophysical Assays within a Y-Maze to Isolate the Role that Visual Features Play in Navigational Decisions

Collective animal behavior arises from individual motivations and social interactions that are critical for individual fitness. Fish have long inspired investigations into collective motion, specifically, their ability to integrate environmental and social information across ecological contexts. This demonstration illustrates techniques used for quantifying behavioral responses of fish, in this case, Golden Shiner (Notemigonus crysoleucas), to visual stimuli using computer visualization and digital image analysis. Recent advancements in computer visualization allow for empirical testing in the lab where visual features can be controlled and finely manipulated to isolate the mechanisms of social interactions. The purpose of this method is to isolate visual features that can influence the directional decisions of the individual, whether solitary or with groups. This protocol provides specifics on the physical Y-maze domain, recording equipment, settings and calibrations of the projector and animation, experimental steps and data analyses. These techniques demonstrate that computer animation can elicit biologically-meaningful responses. Moreover, the techniques are easily adaptable to test alternative hypotheses, domains, and species for a broad range of experimental applications. The use of virtual stimuli allows for the reduction and replacement of the number of live animals required, and consequently reduces laboratory overhead.
This demonstration tests the hypothesis that small relative differences in the movement speeds (2 body lengths per second) of virtual conspecifics will improve the speed and accuracy with which shiners follow the directional cues provided by the virtual silhouettes. Results show that shiners directional decisions are significantly affected by increases in the speed of the visual cues, even in the presence of background noise (67% image coherency). In the absence of any motion cues, subjects chose their directions at random. The relationship between decision speed and cue speed was variable and increases in cue speed had a modestly disproportionate influence on directional accuracy.

Here, we present a protocol to demonstrate a behavioral assay that quantifies how alternative visual features, such as motion cues, influence directional decisions in fish. Representative data are presented on the speed and accuracy where Golden Shiner (Notemigonus crysoleucas) follow virtual fish movements.

Y-Maze内の視覚心理物理学アッセイを統合し、ナビゲーション上の意思決定で視覚的特徴が果たす役割を分離する

Collective animal behavior arises from individual motivations and social interactions that are critical for individual fitness. Fish have long inspired ...

Fear Incubation Using an Extended Fear-Conditioning Protocol for Rats

Emotional memory has been primarily studied with fear-conditioning paradigms. Fear conditioning is a form of learning through which individuals learn the relationships between aversive events and otherwise neutral stimuli. The most-widely utilized procedures for studying emotional memories entail fear conditioning in rats. In these tasks, the unconditioned stimulus (US) is a footshock presented once or several times across single or several sessions, and the conditioned response (CR) is freezing. In a version of these procedures, called cued fear conditioning, a tone (conditioned stimulus, CS) is paired with footshocks (US) during the training phase. During the first test, animals are exposed to the same context in which training took place, and freezing responses are tested in the absence of footshocks and tones (i.e., a context test). During the second test, freezing is measured when the context is changed (e.g., by manipulating the smell and walls of the experimental chamber) and the tone is presented in the absence of footshocks (i.e., a cue test). Most cued fear conditioning procedures entail few tone-shock pairings (e.g., 1-3 trials in a single session). There is a growing interest in less common versions involving an extensive number of pairings (i.e., overtraining) related to the long-lasting effect called fear incubation (i.e., fear responses increase over time without further exposure to aversive events or conditioned stimuli). Extended fear-conditioning tasks have been key to the understanding of fear incubation&#8217;s behavioral and neurobiological aspects, including its relationship with other psychological phenomena (e.g., post-traumatic stress disorder). Here, we describe an extended fear-conditioning protocol that produces overtraining and fear incubation in rats. This protocol entails a single training session with 25 tone-shock pairings (i.e., overtraining) and a comparison of conditioned freezing responses during context and cue tests 48 h (short-term) and 6 weeks (long-term) after training.

We describe an extended fear-conditioning protocol that produces overtraining and fear incubation in rats. This protocol entails a single training session with 25 tone-shock pairings (i.e., overtraining) and a comparison of conditioned freezing responses during context and cue tests 48 h (short-term) and 6 weeks (long-term) after training.

ラットの拡張恐怖調節プロトコルを用いた恐怖インキュベーション

Emotional memory has been primarily studied with fear-conditioning paradigms. Fear conditioning is a form of learning through which individuals learn the ...

Investigating Pain-Related Avoidance Behavior using a Robotic Arm-Reaching Paradigm

Avoidance behavior is a key contributor to the transition from acute pain to chronic pain disability. Yet, there has been a lack of ecologically valid paradigms to experimentally investigate pain-related avoidance. To fill this gap, we developed a paradigm (the robotic arm-reaching paradigm) to investigate the mechanisms underlying the development of pain-related avoidance behavior. Existing avoidance paradigms (mostly in the context of anxiety research) have often operationalized avoidance as an experimenter-instructed, low-cost response, superimposed on stimuli associated with threat during a Pavlovian fear conditioning procedure. In contrast, the current method offers increased ecological validity in terms of instrumental learning (acquisition) of avoidance, and by adding a cost to the avoidance response. In the paradigm, participants perform arm-reaching movements from a starting point to a target using a robotic arm, and freely choose between three different movement trajectories to do so. The movement trajectories differ in probability of being paired with a painful electrocutaneous stimulus, and in required effort in terms of deviation and resistance. Specifically, the painful stimulus can be (partly) avoided at the cost of performing movements requiring increased effort. Avoidance behavior is operationalized as the maximal deviation from the shortest trajectory on each trial. In addition to explaining how the new paradigm can help understand the acquisition of avoidance, we describe adaptations of the robotic arm-reaching paradigm for (1) examining the spread of avoidance to other stimuli (generalization), (2) modeling clinical treatment in the lab (extinction of avoidance using response prevention), as well as (3) modeling relapse, and return of avoidance following extinction (spontaneous recovery). Given the increased ecological validity, and numerous possibilities for extensions and/or adaptations, the robotic arm-reaching paradigm offers a promising tool to facilitate the investigation of avoidance behavior and to further our understanding of its underlying processes.

Avoidance is central to chronic pain disability, yet adequate paradigms for examining pain-related avoidance are lacking. Therefore, we developed a paradigm that allows investigating how pain-related avoidance behavior is learned (acquisition), spreads to other stimuli (generalization), can be mitigated (extinction), and how it may subsequently re-emerge (spontaneous recovery).

ロボットアームに到達するパラダイムを用いた疼痛関連回避行動の調査

Avoidance behavior is a key contributor to the transition from acute pain to chronic pain disability. Yet, there has been a lack of ecologically valid ...

Behavioral Training Procedures for Head-fixed Virtual Reality in Mice

Virtual reality (VR) combined with head-fixation is increasingly being utilized in behavioral neuroscience studies as it allows complex behavioral assays to be performed in head-fixed mice. This enables precise behavioral recordings while incorporating various neurophysiological techniques that require head-fixation to minimize movement-related signal noise during neural recordings. However, despite the growing use of VR, there is little published data on the detailed methodology of how to implement it. In this study, a training protocol is developed whereby male and female C57B16/J mice are trained to run down a virtual linear corridor, the length of which is increased from 1-3 m over multiple training sessions. Building upon this foundation, this study investigated the feasibility of mice performing complex behaviors within VR using a Y-maze paradigm. The task required navigating to the arm with black walls from the choice point in the Y-maze. After reaching a criterion of two consecutive days equal to or greater than 70% correct, the mice progressed to increasingly difficult sensory discrimination. The findings provide important details on the methodologies useful for the successful training of mice in VR and demonstrate that mice exhibit learning capabilities in navigating the Y-maze. The methodology presented not only offers insights into training duration in VR-based assays but also underscores the potential for probing intricate behaviors in mice, opening avenues for more comprehensive neuroscience investigations.

The article describes the experimental procedures for the commonly used linear track virtual reality (VR) paradigm in mice as well as determining the feasibility of running complex VR tasks by testing a Y-shaped signal discrimination task.

Virtual reality (VR) combined with head-fixation is increasingly being utilized in behavioral neuroscience studies as it allows complex behavioral assays ...

Assessing Rodent Empathy: Observational Fear and Vicarious Freezing Method

Observational Fear as a Model of Affective Empathy in Mice

Empathy, characterized by the ability to recognize and share the emotions of others, plays a fundamental role in shaping social interactions. It allows individuals to respond to the emotional states of others, promoting prosocial behaviors and social bonding. Observational fear is a fundamental aspect of affective empathy, where an observer witnesses a demonstrator undergoing aversive experiences and subsequently exhibits fear behaviors. This socially induced vicarious freezing response in observers, known as emotional contagion or affect sharing, is regarded as an indicator of empathy-like traits in rodents. Here, we present a protocol that delineates the assessment of vicarious freezing responses in observers exposed to conspecific demonstrators receiving aversive foot shocks. The utilization of observational fear assays in rodents has become a widely adopted method for studying the neural mechanisms underlying affective empathy. Given the universality of observational fear across mammals, this methodology further contributes to advancing our understanding of the neural substrates of empathy in humans.

The observational fear paradigm assesses vicarious freezing in rodents as a model for affective empathy. This procedure entails exposing observer rodents to conspecific demonstrators receiving aversive foot shocks to elicit empathic freezing responses. By employing observational fear assays, researchers can investigate the neural mechanisms underlying affective empathy.

Empathy, characterized by the ability to recognize and share the emotions of others, plays a fundamental role in shaping social interactions. It allows ...

An Open-Source Virtual Reality System for the Measurement of Spatial Learning in Head-Restrained Mice

Head-restrained behavioral experiments in mice allow neuroscientists to observe neural circuit activity with high-resolution electrophysiological and optical imaging tools while delivering precise sensory stimuli to a behaving animal. Recently, human and rodent studies using virtual reality (VR) environments have shown VR to be an important tool for uncovering the neural mechanisms underlying spatial learning in the hippocampus and cortex, due to the extremely precise control over parameters such as spatial and contextual cues. Setting up virtual environments for rodent spatial behaviors can, however, be costly and require an extensive background in engineering and computer programming. Here, we present a simple yet powerful system based upon inexpensive, modular, open-source hardware and software that enables researchers to study spatial learning in head-restrained mice using a VR environment. This system uses coupled microcontrollers to measure locomotion and deliver behavioral stimuli while head-restrained mice run on a wheel in concert with a virtual linear track environment rendered by a graphical software package running on a single-board computer. The emphasis on distributed processing allows researchers to design flexible, modular systems to elicit and measure complex spatial behaviors in mice in order to determine the connection between neural circuit activity and spatial learning in the mammalian brain.

Here, we present a simplified open-source hardware and software setup for investigating mouse spatial learning using virtual reality (VR). This system displays a virtual linear track to a head-restrained mouse running on a wheel by utilizing a network of microcontrollers and a single-board computer running an easy-to-use Python graphical software package.

頭部拘束マウスの空間学習計測のためのオープンソースバーチャルリアリティシステム

Head-restrained behavioral experiments in mice allow neuroscientists to observe neural circuit activity with high-resolution electrophysiological and ...